瓦斯抽采钻孔漏气对抽采效果的影响研究

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钻孔抽采煤层瓦斯是治理煤矿瓦斯突出,利用瓦斯资源的主要措施,但是,在实际生产中抽采钻孔漏气往往导致抽采瓦斯效果不佳。因此,有必要研究钻孔漏气对抽采效果的影响。研究结论为解决瓦斯抽采质量不高,治理煤矿瓦斯事故具有重要的意义。本文基于理论分析和数值模拟的方法建立了考虑煤岩体变形、渗透率动态变化以及煤层瓦斯-空气耦合运移的瓦斯抽采数学控制方程;利用COMSOL数值模拟软件模拟在考虑钻孔漏气条件下瓦斯抽采的物理过程,得出煤层中漏气压力分布规律;模拟了不同抽采时间、封孔深度、抽采负压、封孔质量以及巷道裂隙发育程度等影响因素条件下钻孔抽采瓦斯过程,并分析了钻孔漏气范围、漏气量以及瓦斯抽采量、抽采浓度等变化规律。研究结果表明:(1)巷道内空气在抽采负压作用下向煤层运移,巷道裂隙区内漏气压力随抽采时间逐渐升高,未扰动煤层漏气压力接近于0;(2)在保证封孔条件不变的情况下,钻孔漏气影响范围随抽采时间逐渐向四周延伸,钻孔漏气量随抽采时间逐渐升高,瓦斯抽采量和抽采浓度随抽采时间逐渐降低;(3)随着封孔深度加深,抽采瓦斯纯量逐渐减少,但减少幅度较小,钻孔漏气影响范围也在收缩,封孔深度为10m时,钻孔漏气量相比封孔深度4m时降低了1/3左右,瓦斯抽采浓度提高了10%~20%左右,在工程实践中考虑经济成本和实际效果确定合适的封孔深度越过巷道泄压区即可;(4)增大抽采负压不仅提高了瓦斯抽采量也同时增加了钻孔漏气量,并且在封孔深度等其他条件不变的情况下,瓦斯抽采浓度随抽采负压升高而降低,在工程实践中当钻孔漏气时应适当降低抽采负压来改善抽采效果;(5)通过渗透率来表征裂隙发育程度和封孔质量,研究可知随着漏气区渗透率的提高,钻孔漏气量显著升高,瓦斯抽采浓度下降明显,在工程实践中应采取壁面喷涂水泥、注浆封孔、粉体堵漏等措施来降低巷道裂隙区渗透性和提高封孔质量,从而实现改善瓦斯抽采效果的目的。
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